基于地磁及偏振光的自主導航方法研究.pdf

1、出于對隱蔽性及戰(zhàn)場生存能力的考慮,飛行器的自主導航能力已成為新世紀備受關注的導航技術之一。因此,本文以組合導航方法為基礎,重點研究了基于地磁及偏振光的自主導航算法,給出了一種可實現自主導航且能夠顯著縮短或省去初始對準過程的組合導航方案。論文的主要研究內容包括:
　　為克服現有的地磁場建模方法刻畫局部地磁場時精度較低的問題,對局部地磁場建模方法進行了研究,提出了一種具有線性趨勢補償項的改進矩諧分析模型,并利用該矩諧分析模型對局部地磁

2、場總強度進行了建模。鑒于該地磁總強度模型的強非線性及模型中未知參數的多極值性問題,利用多種群遺傳算法對模型中未知參數進行了求取,繪制了局部地磁總強度基準圖,為后續(xù)的地磁導航算法研究提供了基礎。
　　為克服地磁導航中存在的強非線性/非高斯狀態(tài)估計問題,將無軌跡粒子濾波(unscented particle filter, UPF)算法引入到地磁導航中,設計了基于UPF的地磁自主導航算法。并在此基礎上，提出了一種可為載體連續(xù)提供位置、

3、速度、姿態(tài)等運動學信息的基于UPF及Kalman混合濾波(unscented particle and Kalman hybrid filter, UPKHF)的地磁自主導航算法。理論分析及仿真研究表明,該地磁自主導航算法不僅可以完成大初始位置誤差下的導航任務,而且當載體短時飛越地磁特征變化較為平緩的區(qū)域時,仍可保持較高的導航定位精度。
　　為提高偏振光傳感器的精度,對偏振光角量測模型的誤差特性進行了分析,給出了偏振光傳感器系統(tǒng)誤

4、差源標定及系統(tǒng)誤差補償方法,并應用該方法對實際的偏振光傳感器樣機進行了誤差補償,提高了傳感器精度。然后利用該偏振光傳感器對天空中的偏振模式進行了室外觀測,驗證了偏振光導航原理的正確性。
　　為了消除了以往直接利用偏振光進行輔助導航定向時存在的180°模糊性問題,提出了一種以太陽方向矢量為基準的偏振光輔助定姿方法,推導了可用于大姿態(tài)誤差條件下的非線性偏振光姿態(tài)誤差觀測方程。為克服靜止及勻速直線運動時,僅利用偏振光輔助定姿導致載體姿態(tài)

5、誤差不完全可觀測現象,推導了基于重力的姿態(tài)誤差觀測方程,提出了一種利用偏振光及重力聯合輔助定姿的方法。仿真及分析表明,基于偏振光及重力的輔助定姿方法具有對位置誤差不敏感的特性,且該輔助定姿方法的引入將使得組合導航系統(tǒng)具有精度更高、更穩(wěn)定的姿態(tài)修正效果,并可以完成大初始姿態(tài)誤差時的導航任務。
　　為盡量縮短或省去初始對準過程,本文在地磁自主導航和偏振光及重力聯合輔助定姿的基礎上，提出了一種基于UPF及UKF混合濾波(unscente